采矿扰动下徐州地区土地利用与景观格局演变

江苏农业科学李雪，李２０１３年第４１卷第ｌ０期　一３１３一　钢，徐嘉兴．采矿扰动下徐州地区土地利用与景观格局演变［Ｊ］．江苏农业科学，２０１３，４１（１０）：３１３—３１７　采矿扰动下徐州地区土地利用与景观格局演变　李雪　，李钢　，徐嘉兴　（１．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州２２１１１６；２．国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室，江苏徐州２２１１１６）　摘要：以江苏省徐州市２０００、２００５、２０１０年Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ／ＥＴＭ影像为基础数据源，利用ＲＳ、ＧＩＳ技术和景观生态学　方法，考虑采矿扰动的影响，对研究区２０００－－２０１０年的土地利用和景观格局时空变化特征进行分析。结果表明：采煤　塌陷地面积逐年减少，且２００５－－２０１０年由于政府加强了对采煤塌陷地的整治，矿区生态环境向良好方向发展。研究　区整体景观呈现单一、非均匀化的发展趋势，２０１０年聚集程度最高，但斑块间的连通性最低。　关键词：江苏徐州；采矿；ＧＩＳ；土地利用；景观格局；演变　中图分类号：Ｐ９０１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—１３０２（２０１３）１０—０３１３—０４　土地利用／覆被变化（ＬＵＣＣ）是全球变化研究的热点课　题…，对研究土壤侵蚀、气候变化、生物多样性分布具有重要　意义　。ＬＵＣＣ作为一个国际性研究计划，涉及人类生态学、　采矿塌陷情况尤为严重，矿区主要分布在贾汪区和原来的九　里区，及时掌控土地复垦状况以及塌陷情况是保证政府采取　针对性、有效性战略决策的基础，从而使徐州市土地资源可持　续利用，实现徐州经济高效、稳定的发展。　２数据与方法　２．１数据来源及处理　土地经济学、历史遥感、地理信息系统等多个学科，研究主题　遍布全世界，及时关注其研究进展与成果，并积极参与其中，　推进我国的土地利用与覆被变化研究，对我国未来土地科学　发展和土地资源的可持续利用具有积极意义　。Ｊ。景观格局　是景观空间结构特征有规律的表现形式，通过格局分析，可确　定产生和控制空间格局的因子和机制，比较不同景观的空间　格局和效应，分析空间格局的性质等　Ｊ。土地利ｍ／覆被变　化直接影响区域景观生态系统，而景观生态系统研究是全球　变化区域响应研究重要的切入点之一，因此在景观尺度上研　究景观结构与空间格局演变对区域生态系统功能的影响，一　直是景观生态学研究的热点问题之一　。　本研究采用了２０世纪９０年代末期、２００５年Ｃｏｖｅｒａｇｅ格　式数据及２０００、２００５、２０１０年３期的Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ／ＥＴＭ多光谱　遥感影像，成像质量和成像时的天气状况都比较理想，成像季　节为秋季；收集了行政区划图、江苏地形图等辅助资料，并利　用这些图件辅助进行遥感影像的配准及分类处理。利用　Ｅｒｄａｓ　９．１软件对３个时相的遥感影像进行多波段影像合成、　拼接、直方图匹配和几何校正（误差控制在１个像元以内）。　目前，国内外对土地覆被变化和景观格局演变的研究主　要集中于发展较快的大中城市、城市边缘和城市郊区　”］。　根据国土资源部２００１年颁布的《全国土地分类（试行）》和徐　州矿区的实际情况，将土地分为耕地（旱地、水田）、林地（有　林地、灌木林、疏林地、其他林地）、草地（高覆盖草地、中覆盖　草地、低覆盖草地）、水域（水库坑塘、河流、湖泊、滩地）、建设　随着国家对土地资源调查的重视，某一区域更为详尽的土地　利用基础数据较容易获得，本研究利用３个时相的Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ／ＥＴＭ遥感影像辅以地形图等资料，以江苏省徐州市为研　究区，着重对采煤塌陷地进行了研究，通过遥感影像分类、土　地覆盖变化、景观生态学理论等，对徐州市土地覆盖变化和景　观格局演变进行了综合分析和评价。　１研究区概况　用地（城镇用地、农村居民点、其他建设用地）、未利用地（沙　地、裸土地、裸岩石砾地）、采煤塌陷地等７个地类。在Ｅｒｄａｓ　９．１软件中，以２０世纪９０年代末期、２００５年的土地利用数据　为基础，采用直接判读法对２０００、２００５年的ＴＭ影像进行解　译和修改，得到２０００、２００５年的土地利用数据，再以２０１０年　的ＥＴＭ数据为底图，在２００５年的土地利用图的基础上解译　和提取，生成２０１０年的土地利用现状图，最终得到徐州地区　江苏省徐州市（３３。４３　～３４。５８　Ｎ，１１６。２２　～１１８。４０　Ｅ）位　于黄淮平原的南部，地处苏鲁豫皖四省接壤地区，总面积为　３　０２１．５２　ｋｍ　。全市现辖五区三县二市，五区分别是泉山区、　的３期土地利用数据。对解译成果精度评价（以２０１０年为　例）主要采用同期的土地调查资料和典型区域野外抽样调　查，耕地、建设用地、水域的解译精度在９４％以上，林地、草　云龙区、鼓楼区、铜山区、贾汪区；三县为睢宁县、丰县、沛县；　二市为邳州市、新沂市。徐州市作为华东地区产煤基地之一，　地、未利用地、采煤塌陷地的解译精度在８０％左右，总体精度　在８８％以上。　２．２研究方法　收稿日期：２０１３—０６—２８　基金项目：国土资源部公益专项基金（编号：２０１２１１００１１）；国家科技　土地利用动态度分为单一土地覆盖动态度和综合动态　度。单一土地动态度Ｋ表示研究区一定时间范围内某种土　地覆盖类型的数量变化情况；综合土地利用动态度ｃ描述整　支撑计划（编号：２０１２ＢＡＢ１１Ｂ０６）；江苏高校优势学科建设工程资　助项目（编号：ＳＺＢＦ２０１１—６一Ｂ３５）。　作者简介：李雪（１９８７一），女，河北唐山人，硕士，主要从事遥感和　个区域土地覆盖变化的速度，综合考虑了研究期内土地覆盖　类型间的转移。计算公式如下：　ＧｌＳ应用开发研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｘｕｅｂ２１４１＠１６３．ｅｏｍ。　江苏农业科学２０１３年第４１卷第ｌ０期　一３１５一　表１　２０００－－２０１０年徐州市土地利用结构变化　表２　２０００－－２０１０年徐州市土地利用动态度　耕地　Ｏ．１０　Ｏ．８８　０．２２　Ｏ．６７　林地　２．７ｌ　０．９８　草地　４．３５　１．４２　建筑用地　２．４２　０．４＿４　水域　１．８７　５．Ｏ３　采煤塌陷地　３．２６　１３．４２　未利用地　７．６７　８．６７　表３　２０００－－２００５年徐州市土地利用类型转移矩阵ｈｍ２　表４　２００５－－２０１０年徐州市土地利用类型转移矩阵　ｈｍ２　３．２景观格局变化分析　地分布零散，形状不规则，后来由于有关部门的整治，将采煤　３．２．１景观类型水平（ＣｌａＳＳ　ｌｅｖｅ１）变化分析采用景观格局　塌陷地开垦为部分耕地或水域，斑块的形状也更加规则，与前　指数计算软件Ｆｒａｇｓｔａｓ　３．３计算各景观指数，以反映出各个景　面指标反映出的结果一致。面积加权分维数体现斑块的自相　观类型的结构特征，揭示其变化特点和趋势。　关性，与人类活动的影响程度成反比。耕地、林地和水域的分　３．２．１．１景观类型优势度分析在景观格局指标中，通常用　维数值较高，而草地、建设用地、采煤塌陷地、未利用地的分维　斑块面积比例和最大斑块指数来表征某种景观类型在整个景　数值较低。２００５－－２０１０年，建设用地、水域和采煤塌陷地的　观中的优势度。由表５可以看到，这２个优势指标的变化趋　分维数值表现出明显的下降趋势，说明该指标受人为活动的　势基本一致，即２０００年时耕地处于绝对的优势地位，但其优　影响程度加大。　势度逐渐降低。２０１０年时采煤塌陷地出现大幅度的下降，说　３．２．１．３景观类型破碎度分析在景观格局指标中，一般用　明有关部门对采煤塌陷地进行了合理的规划，使其转变为其　斑块密度指数和边缘密度指数联合表征景观类型的破碎度。　他的景观类型。　通过对比２个破碎度指标可以看出，２０００－－２０１０年间，耕地、　３．２．１．２景观类型形状特征分析在平均形状指标中，水域　建设用地和未利用地经历了一个从小破碎度到大破碎度，再　和未利用地呈现上升趋势，说明水域和未利用地形状趋于复　由大破碎度到小破碎度的过程；水域与之相反；林地和草地破　杂；耕地、林地、草地、建设用地、采煤塌陷地的平均形状指数　碎度逐渐减小；采煤塌陷地破碎化程度逐渐加大。　均表现出曲线摆动的形式，其中采煤塌陷地变化幅度较大。　３．２．２景观格局水平（１ａｎｄ　ｌｅｖｅ１）指数分析通过对表６进　这主要是因为在矿区迅速发展过程中，开始的时候采煤塌陷　行分析，可以得到以下结论：（１）最大斑块指数反映了景观格　一３１６一　江苏农业科学２０１３年第４１卷第１Ｏ期　指数不断降低；香农均匀度指标恰好证明了这一点，其变化趋　势与香农多样性指标一致。（３）蔓延度指标和散布与并列指　局的优势度。该指数在研究期间内逐渐减小、没有起伏，说明　对整个景观影响较大的景观类型始终没有改变，研究区中耕　地的优势度最大，且随时间的推移优势度呈下降趋势。（２）　香农多样性指数反映景观的异质性，香农均匀度指数反映景　观分布的均匀程度。２０００－－２０１０年间，香农多样性指标逐渐　降低，表明景观呈现非对等、非均匀化发展趋势，使得均匀度　标联合表达了景观的聚集度、镶嵌度和连通度。２０００－－２０１０　年问，蔓延度指数呈现上升趋势，说明２０１０年斑块聚集程度　最高；散布与并列指数逐年降低，说明斑块的连通性不断下　降，在２０１０年达到最低点。　表５景观类型水平景观格局指数统计　表６景观格局水平景观格局指数统计　４结论　塌陷地进行了合理的规划，采煤塌陷地得到了综合治理，矿区　生态环境向良好的方向发展。　参考文献：　［１］刘彦随，陈百明．中国可持续发展问题与土地利用／覆被变化研　究［Ｊ］．地理研究，２００２，２１（３）：３２４—３３０．　通过对不同时相的Ｌａｎｄｓａｔ　ＴＭ／ＥＴＭ影像进行空间分析，　可以满足矿区较长时期土地覆盖变化和景观格局演变动态监　测的需求。　１０年问，耕地始终是徐州市土地覆盖的主导景观类型，　其次为建设用地，且耕地面积一直减少，建筑用地与之相反。　研究区各个景观类型之间发生了不同程度的转化：２Ｏｏｏ～　２００５年间，耕地、建设用地、林地及采煤塌陷地之间较大幅度　地转入和转出是造成整个矿区土地覆盖变化的主要原因。　［２］于兴修，杨桂山．中国土地利用／覆被变化研究的现状与问题　［Ｊ］．地理科学进展，２００２，２１（１）：５１—５７．　［３］侯飞，胡召玲．基于ＧＩＳ的徐州市区景观格局变化分析［Ｊ］．　地域研究与开发，２０１２，３１（１）：１５６—１６０．　２０００－－２０１０年间，采煤塌陷地和未利用地变化速度相对其他　土地类型变化较快，这与政府加强了矿区的整治密不可分，主　［４］李保杰，颐和和，纪亚洲，等．基于地学信息图谱的矿业城市空间　扩展研究——以徐州市为例［Ｊ］．地域研究与开发，２０１２，３１（１）：　５Ｏ一５４．　要是有关部门对矿区塌陷地进行了复垦，对工矿用地进行了　合理的规划。　［５］傅伯杰，陈利顶，马克明，等．景观生态学原理及应用［Ｍ］．北　京：科学出版社，２００１：２０１—２０７．　ｌＯ年来，研究区景观聚集度不断升高，斑块连通性不断　［６］郭友红，李树志，高均海．采煤沉陷区复垦景观格局分析［Ｊ］．矿　山测量，２０１２（１）：６３—６５，７１．　下降。景观优势度最大的始终为耕地，对整体景观影响较大　的景观类型始终没有改变，研究区整个景观呈现出非对等、非　均匀化的发展趋势，表明处于主导地位的景观类型与其他景　［７］张本昀，申怀飞，郑敬刚，等．河南省土地利用景观格局分析［Ｊ］．　资源科学，２００９，３１（２）：３１７—３２３．　观类型间的差异在加大。采煤塌陷地的优势度在２０１０年时　出现大幅度的下降，且采煤塌陷地的面积加权分维数在　［８］苏珊，李鹏山，张明湖，等．海口市滨海旅游区ＬＵＣＣ景观格局　特征和演变规律［Ｊ］．海南师范大学学报：自然科学版，２０１１，２４　（２）：２１６～２２３．　２００５－－２０１０年间出现下降趋势，这些都说明有关部门对采煤　江苏农业科学２０１３年第４１卷第１Ｏ期　一３ｌ７一　王俊英，侯小歌，张杰，等．高产酯化酶霉菌和醋酸菌混合发酵初探［Ｊ］．江苏农业科学，２０１３，４１（１０）：３１７—３１９　高产酯化酶霉菌和醋酸菌混合发酵初探　王俊英　，侯小歌　，张　杰　，李学思　，李绍亮　，胡炳义　（１．周口师范学院生命科学系，河南周口４６６００１；２．河南省宋河酒业股份有限公司，河南鹿邑４７７２６５）　摘要：以宋河酒曲中分离得到的高产酯化酶霉菌和醋酸菌为菌种进行混合发酵。以酯化酶活性为考察指标，选择　混菌比例、接种量、初始ｐＨ值、生长温度为影响因素，通过单因素试验和正交试验确定最优混菌发酵条件。结果表　明：最优混菌发酵条件为混菌比例４：２－，初始ｐＨ值６、温度２８℃、接种量８％，最高酶活可达３１．７９　Ｕ／ｍＬ。　关键词：霉菌；醋酸菌；酯化酶；混菌发酵　中图分类号：ＴＱ９２５　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—１３０２（２０１３）１０－０３１７—０３　酯化酶别称酯酶，是脂肪酶、酯合成酶、磷酸酯酶的统称。　复合酯化酶菌剂的开发应用奠定基础。　在适当条件下，酯化酶可直接催化酸与醇合成酯，大大加快反　应速度，缩短白酒的发酵周期，提高出酒率与优质品率，实现　１材料与方法　普通白酒向优质酒转化　Ｊ。产生酯化酶的微生物包括细　１．１材料　菌、丝状真菌、酵母等。其中，霉菌酯酶因具有活性高、生产成　１．１．１菌株来源霉菌，周口师范学院生命科学系发酵工程　本低、固体发酵操作简便等优点得以广泛应用。醋酸菌发酵　实验室，编号为ｌ３。醋酸菌，周口师范学院生命科学系发酵　过程中产生的醋酸是白酒的主要香味成分，同时也是丁酸、己　工程实验室，编号为１　ＯＡＢ３。　酸及其酯类的前提物　。酯化酶的反应特性不仅与酯化菌　１．１．２主要试剂环己烷、乙醇、己酸、无水硫酸钠、酚酞、乙　有关，且相同的酯化酶对不同酸的合成能力也不一样。目前　醇、氢氧化钠。　已有关于多菌种混合发酵在食品发酵、新型资源及能源开发　Ｉ．ｉ．３培养基霉菌活化培养基（查氏）　：硝酸钠０．３％，　利用、促进产物转化和环境保护等方面的应用报道　。本　硫酸亚铁０．００１％，硫酸镁０．０５％，磷酸氢二钾０．１％，氯化钾　试验探究宋河酒曲中霉菌和醋酸菌混合发酵的条件，旨在为　０．０５％，蔗糖３％，琼脂１．５％一２％，ｐＨ值自然，０．１　ＭＰａ、　１２ｉ℃灭菌３０　ｍｉｎ。醋酸菌活化培养基　］：酵母膏１％，　收稿日期：２０１３—０３—２８　葡萄糖１％，琼脂２％，碳酸钙２％（单独灭菌，倒平板前加），　基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划（编号：２０１０Ｂ１８００３１）；　体积分数为９５％的乙醇２％（使用前加入），０．１　ＭＰａ、１２１℃　周口师范学院科研成果孵化专项（编号：２０１１一ｚｋｎｕｆｈ一０１）；周口　师范学院青年科研基金（编号：２０１２ＱＮＢ１６）。　灭菌３０　ｍｉｎ。发酵培养基：麸皮和水按照１：４比例混合，　作者简介：王俊英（１９８１～），女，河南周口人，硕士，讲师，从事发酵工　０．１　ＭＰａ、１２１℃灭菌３０　ａｒｉｎ。　程与酶工程研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｅｈｕａｎｔｉａｎ＠１６３．ｃｏｍ。　１．２主要仪器与设备　通信作者：胡炳义，教授，从事生物技术研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｉｎｇｙｉｈｕ＠　ＳＷ—ＣＪ一２ＦＤ型洁净工作台，ＬＨＲ系列生化培养箱，　１２６．ｃｏｒｎ。　ＰＬ６０１一Ｌ电子天平，ＴＨＺ一９８ＡＢ恒温振荡器，手提式不锈钢　［９］韩武波，贾薇，孙泰森．基于３ｓ的平朔矿区土地利用及景观格　的影响［Ｊ］．生态学报，２００８，２８（６）：２４６３—２４７１．　局演变研究［Ｊ］．中国土地科学，２０１２，２６（４）：６０—６５．　［１５］朱会义，李秀彬．关于区域土地利用变化指数模型方法的讨论　［１０］Ｋａｍｕｓｏｋｏ　Ｃ，Ａｎｉｙａ　Ｍ．Ｈｙｂｒｉｄ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌａｎｄｓａｔ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ＧＩＳ　［Ｊ］．地理学报，２００３，５８（５）：６４３—６５０．　ｆｏｒ　ｌａｎｄ　ｕｓｅ／ｃｏｖｅｒ　ｃｈａｎｇｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂｉｎｄｕｒａ　ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｚｉｍｂａｂｗｅ　［１６］李红梅，马友鑫，郭宗峰，等．基于Ｒｓ和ＧＩＳ的西双版纳土地覆　［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ，２００９，３０（１）：　被动态变化［Ｊ］．山地学报，２００７，２５（３）：２８０—２８９．　９７—１１５．　［１７］王秀兰，包玉海．土地利用动态变化研究方法探讨［Ｊ］．地理科　［Ｉ１］Ｄｕｂｅ　Ｆ，Ｚａｇａｌ　Ｅ，ＳｔｏｌｐｅＮ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆｌａｎｄ—ｕｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　学进展，１９９９，１８（１）：８１—８７．　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｖｏｌｃａｎｉｃ　ｓｏｉｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｌｅａｎ　Ｐａｔａｇｏｎｉａ［Ｊ］．Ｆｏｒｅｓｔ　Ｅｃｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｎ－　［１８］吴春花，杜培军，谭琨．煤矿区土地覆盖与景观格局变化研究　ａｇｅｍｅｎｔ，２００９，２５７（８）：１６９５—１７０４．　［Ｊ］．煤炭学报，２０１２，３７（６）：１０２６—１０３３．　［１２］Ｃａｎｏｒａ　Ｆ，Ｆｉｄｅｌｉｂｕｓ　Ｍ　Ｄ，Ｓｅｉｏａｉｎｏ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　［１９］白海花，王林和，张国盛，等．基于３Ｓ技术的鄂尔多斯市东胜区　ｒａｔｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｋａｒｓｔｉｃ　ｓｕｒｆａｃｅｓ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｌａｎｄ　ｕｓｅ　ｃｈａｎｇｅｓ：ａ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ　ｉｎ　土地利用景观格局变化分析［Ｊ］．内蒙古农业大学学报：自然科　Ｍｕｒｇｉａ（ＳＥ—Ｉｔａｌｙ）［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｅｏｌｏｇｙ，２００８，９９（３／４）：　学版，２０１２，３３（２）：８９—９５．　２１０—２２７．　［２Ｏ］曾从盛，郑彩红，陈渠，等．基于３ｓ技术的福建省湿地景观格　［１３］ｗｕ　Ｊ　Ｇ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｓｃａｌｅ　ｏｎ　ｌｎａｄｓｃａｐｅ　ｐａｔｔｅｒｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ：　局特征分析［Ｊ］．亚热带资源与环境学报，２００７，２（４）：２４—３２．　ｓｅａｌｉｎｇ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｌａｎｄｓｃａｐｅ　Ｅｃｏｌｏｇｙ，２００４，１９（２）：１２５—１３８．　［２１］贡璐，师庆东，潘晓玲，等．阿克苏绿洲景观格局特征分析　［１４］李国庆，王孝安，郭华，等．陕西子午岭生态因素对植物群落　［Ｊ］．新疆大学学报：自然科学版，２００４，２１（１）：３４—３７．